RU2316863C1 - СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ДВУХМОДОВОГО He-Ne/CH4 ЛАЗЕРА - Google Patents
СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ДВУХМОДОВОГО He-Ne/CH4 ЛАЗЕРА Download PDFInfo
- Publication number
- RU2316863C1 RU2316863C1 RU2006123345/28A RU2006123345A RU2316863C1 RU 2316863 C1 RU2316863 C1 RU 2316863C1 RU 2006123345/28 A RU2006123345/28 A RU 2006123345/28A RU 2006123345 A RU2006123345 A RU 2006123345A RU 2316863 C1 RU2316863 C1 RU 2316863C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- frequency
- mode
- photodetectors
- double
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Способ стабилизации частоты двухмодового He-Ne/CH4 лазера по амплитудно-частотным резонансам (F2 2 компоненты, линии Р(7), полосы ν3 молекулы метана) отличается тем, что измеряют корреляционные зависимости стабилизируемой частоты и частоты межмодовых биений от продольных смещений фотоприемников относительно лазера. Далее определяют величины фазовых сдвигов между этими зависимостями и стабилизируют расстояния между фотоприемниками и лазером по частоте межмодовых биений с учетом измеренных величин фазовых сдвигов. Технический результат - повышение долговременной стабильности частоты двухмодового Не-Ne/CH4 лазера. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области оптических стандартов частоты (ОСЧ), точнее к двухмодовым лазерным стандартам частоты (ЛСЧ) с активной газовой средой и поглощающей ячейкой внутри резонатора, нашедшим широкое применение в области прецизионной метрологии и спектроскопии сверхвысокого разрешения, где они используются в качестве задающих генераторов с узким спектром излучения и вторичных реперов с повторяемостью частоты 10-13- 10-14.
В ЛСЧ частота лазера стабилизируется по узким резонансам насыщенного поглощения и дисперсии. Уступая по предельно достижимой точности и долговременной стабильности частоты (время усреднения более 1000 секунд) ОСЧ на основе пучков холодных атомов или одиночных ионов [1], ЛСЧ значительно опережает их в кратковременной стабильности частоты (время усреднения, t=1 с и менее). При этом ширина спектра ЛСЧ, в ряде случаев, ограничивается только естественными шумами лазера.
Это позволяет использовать ЛСЧ в качестве источника с узким спектром излучения при регистрации слабых сверхузких спектральных резонансов, используемых при создании первичных стандартов частоты с рекордными точностными характеристиками.
Важным достоинством ЛСЧ является их компактность, позволяющая создавать на их основе транспортируемые приборы.
Перечисленными достоинствами в полной мере обладает способ-прототип - ЛСЧ на основе двухмодового He-Ne лазера (длина волны излучения 3.39 мкм) с внутренней поглощающей метановой ячейкой, стабилизируемый по узким нелинейным резонансам интенсивности и частоты (F2 2 компонента, линия Р(7), полоса ν3 молекулы метана) [2]. На сегодняшний день в метановом стандарте частоты получены следующие точностные характеристики;
- 10-14 - относительная величина кратковременной стабильности частоты (t=1 с-10 с),
- 10-3 - долговременная стабильностьчастоты (t более 100 с).
С появлением в последние годы удобной фемтосекундной лазерной техники переноса частоты из радиодиапазона в оптический диапазон заметно расширился круг потребителей высокой кратковременной стабильности частоты He-Ne/CH4 ЛСЧ, а также появились задачи, требующие повышения и долговременной стабильности его частоты.
Основной задачей настоящего изобретения является повышение долговременной стабильности частоты двухмодового He-Ne/CH4 лазера.
Исследования [3] показывают, что одной из существенных причин, ограничивающих долговременную стабильность метанового ЛСЧ, являются обратные отражения и рассеяния излучения от элементов лазерного резонатора и фотоприемников. Использование моноблочных конструкций резонатора, изготовленных из материалов с ультранизким коэффициентом температурного расширения (КТР), позволяет значительно снизить дрейфы частоты, вызванные продольными смещениями элементов резонатора (зеркалами и окошками) лазера. Однако обратные рассеяния от фотоприемников, используемых для стабилизации частоты ЛСЧ, управления и контроля другими лазерами ЛСЧ (например, лазеров-гетеродинов), приводят к заметным дрейфам стабилизированной частоты.
Использование магнитооптических развязок (оптических изоляторов), устанавливаемых перед фотоприемниками, в принципе, позволяет достигнуть величины долговременной стабильности метанового ЛСЧ на уровне 10-14 и менее, однако является достаточно дорогостоящим способом.
Основной задачей настоящего изобретения является повышение долговременной стабильности частоты двухмодового He-Ne/CH4 лазера.
Указанная задача решается следующим образом.
Известно [3], что стабилизированная частота ν двухмодового He-Ne/CH4 лазера изменяется при продольном смещении L фотоприемника (ФП) по гармоническому закону с периодом, равным половине длине волны излучения (λ):
где φ - некая начальная фаза, L - расстояние между выходным зеркалом лазера и фотоприемником, ν0 - неосциллирующая часть стабилизированной частоты.
Если не принимать специальных мер по стабилизации длины L, то ее величина во время работы лазера будет изменяться в пределах, сравнимых с величиной длины волны, что приведет к неконтролируемым флуктуациям частоты стандарта порядка 2А. В зависимости от типа ФП и параметров метанового ЛСЧ величина этой погрешности может составлять от 1 Гц до 1000 Гц.
Существенно уменьшить подобные флуктуации удается при стабилизации длины L в положении, соответствующем экстремуму (минимуму или максимуму) величины ν, когда:
где n - целое число.
Если расстояние между лазером и ФП вблизи данного экстремума испытывает небольшие (в масштабе длины волны) изменения δ, погрешность частоты ЛСЧ составляет
Оценки показывают, что в реальных условиях эксперимента возможно уменьшить величину δ до (0.001-0.0001) микрон, например, при помощи использования пьезоэлектрических приводов. Таким образом, величину погрешности частоты, связанную с обратным рассеянием от фотоприемника, можно сделать пренебрежимо малой (менее 0.01 Гц).
Главная проблема в осуществлении такого подхода к увеличению долговременной стабильности частоты заключается в том, каким способом и по каким критериям стабилизировать расстояние L во время работы He-Ne/CH4 лазера, так как изменения температуры, атмосферного давления и т.п. приводят к неконтролируемому изменению величины суммарной фазы в соотношении (1).
В настоящем изобретении предлагается использовать следующую особенность поведения двухмодового He-Ne/CH4 лазера. Дело в том, что частота Ω межмодовых биений (ММБ) при изменении длины L также подчиняется гармоническому закону:
где ψ - фаза, Ω0 - неосцнллнрующая часть ММБ.
Теоретически разница фаз φ-ψ может быть произвольной, определяемой в основном геометрией системы и методом стабилизации частоты (по резонансу поглощения или дисперсии).
Рассмотрим вначале случай φ=ψ.
Очевидно, что для него характерно совпадение положений экстремумов значений стабилизированной частоты и частоты межмодовых биений двухмодового He-Ne/CH4 лазера. Поэтому, корректируя длину L во время работы ЛСЧ таким образом, что частота межмодовых биений находится в экстремуме, тем самым устраняют погрешность, связанную с обратным рассеянием от ФП. Технически это легко реализуемо в виде системы управления с обратной связью, где частота межмодовых биений Ω используется в качестве сигнала ошибки, а длина L изменяется, например, при помощи пьезоэлектрического привода.
В более общем случае неравенства фазовых сдвигов φ и ψ в систему управления длиной вводится величина поправки, соответствующей разности этих фаз. В случае использования нескольких фотоприемников описанные выше процедуры повторяются для каждого фотоприемника. Таким образом, предлагаемое изобретение включает в себя две основные операции.
1. Измеряются корреляционные зависимости стабилизированной частоты двухмодового He-Ne/CH4 лазера и частоты его межмодовых биений от продольного смещения фотоприемников относительно лазера. Определяются величины фазовых сдвигов между этими зависимостями.
2. Стабилизируют расстояния между лазером и фотоприемниками по частоте межмодовых биений лазера с учетом величин измеренных фазовых сдвигов корреляционных зависимостей.
Настоящее изобретение было реализовано при стабилизации частоты двухмодового Не-Ne/C4 лазера со следующими характеристиками: длина резонатора около 50 см, давление метана в ячейке 2 мТорр, пороговый ток 0,6 мА, рабочий ток разряда 2 мА.
На фиг.1 представлена упрощенная блок-схема экспериментальной установки, включающей в себя два He-Ne/CH4 лазера. На фиг.1 и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - двухмодовый He-Ne/CH4 лазер, 2 - пьезоэлектрический привод, 3 - поворотное зеркало, 4 - фотоприемник, 5 - блок управления. Второй лазер использовался для контроля за стабилизированной частотой исследуемого лазера (ν) при изменении продольного расстояния между ним и фотоприемником 4, по электрическим сигналам которого стабилизировалась частота лазера. Расстояние между фотоприемником и лазером изменялось при помощи блока управления пьезоэлектрического привода 2, на котором размещалось поворотное зеркало 3. Излучение генерации исследуемого лазера отражалось от поворотного зеркала и попадало на фотоприемник.
На фиг.2 представлена корреляционная зависимость переменных составляющих стабилизированной частоты (нижняя кривая) и частоты межмодовых биений (верхняя кривая) двухмодового He-Ne/CH4 лазера. Частота по оси ординат отложена в Гц, по оси абсцисс отложено расстояние между фотоприемником и лазером, 56 дел. = 1,7 мкм. В отсутствии стабилизации расстояния между лазером и фотоприемником величина долговременной нестабильности частоты лазера составляла около 600 Гц (6·10-12). Использование настоящего изобретения позволило снизить величину нестабильности частоты лазера, связанную с влиянием обратным рассеянием от фотоприемника почти в 100 раз.
Источники информации
1. Одуан Г., Гино Б. Измерение времени. Основы GPS, Техносфера, Москва, 2002.
2. Губин М.А., Проценко Е.Д. Квантовая электроника, 24, 1080 (1997).
3. Крылова Д.Д., Шелковников А.С., Петрухин Е.А., Губин М.А. Квантовая электроника, 34, 554 (2004).
Claims (1)
- Способ стабилизации частоты двухмодового He-Ne/CH4 лазера по амплитудно-частотным резонансам F2 2 компоненты линии Р(7) полосы ν3 молекулы метана, отличающийся тем, что измеряют корреляционные зависимости стабилизируемой частоты и частоты межмодовых биений от продольных смещений фотоприемников относительно лазера, определяют величины фазовых сдвигов между этими зависимостями, стабилизируют расстояния между фотоприемниками и лазером по частоте межмодовых биений с учетом измеренных величин фазовых сдвигов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006123345/28A RU2316863C1 (ru) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ДВУХМОДОВОГО He-Ne/CH4 ЛАЗЕРА |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006123345/28A RU2316863C1 (ru) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ДВУХМОДОВОГО He-Ne/CH4 ЛАЗЕРА |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2316863C1 true RU2316863C1 (ru) | 2008-02-10 |
Family
ID=39266385
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006123345/28A RU2316863C1 (ru) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ДВУХМОДОВОГО He-Ne/CH4 ЛАЗЕРА |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2316863C1 (ru) |
-
2006
- 2006-06-30 RU RU2006123345/28A patent/RU2316863C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГУБИН М.А, ПРОЦЕНКО Е.Д. Квантовая электроника. 24, 1080, 1997. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schmidt et al. | Steep dispersion and group velocity below c 3000 in coherent population trapping | |
US7414779B2 (en) | Mode locking methods and apparatus | |
CN111900618B (zh) | 基于拍频锁定的高稳定度双频法拉第激光器及其实现方法 | |
WO2015015628A1 (ja) | 磁場計測装置 | |
JP2008507143A (ja) | 周波数を安定化した放射の生成 | |
CA2491700A1 (en) | High coherence frequency stabilized semiconductor laser | |
JP4951762B2 (ja) | パルスレーザ光源 | |
US5265109A (en) | Ultrashort optical pulse signals generation | |
JP7296151B2 (ja) | 光ファイバジャイロスコープ用光源装置及びそれを用いた光ファイバジャイロスコープ | |
Nevsky et al. | A Nd: YAG Laser with short-term frequency stability at the Hertz-level | |
Abramski et al. | Frequency stabilisation of lasers | |
CN105762640B (zh) | 一种用于亚多普勒饱和吸收光谱的反射式集成装置 | |
RU2316863C1 (ru) | СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ДВУХМОДОВОГО He-Ne/CH4 ЛАЗЕРА | |
CN112782106A (zh) | 一种获得窄线宽里德堡原子光谱的装置和方法 | |
US5091913A (en) | Quartz crystal tuning he-ne double frequency laser | |
CN102506846A (zh) | 塞曼激光陀螺色散控制方法 | |
RU2318278C1 (ru) | Способ стабилизации частоты лазера и устройство для его осуществления | |
JP2006179779A (ja) | 二重周波数安定化モード同期レーザ光源 | |
Mugnier et al. | High power single-frequency 780-nm fiber laser source for Rb trapping and cooling applications | |
Frunder et al. | CARS spectrometer with cw intra‐cavity excitation for high‐resolution Raman spectroscopy | |
CN115173216B (zh) | 一种频率对腔长热噪声免疫的魔术腔长激光器及实现方法 | |
JP4956749B2 (ja) | 超高精度光位相同期システム | |
KR101788073B1 (ko) | 레이저 광의 파장 안정화 장치 및 방법 | |
Gawlik et al. | Stabilization of diode-laser frequency to atomic transitions | |
Diels et al. | Applications of Ultrafast Lasers: Sensors of extreme sensitivity |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140701 |